Физика. Часть 2. Молекулярная физика и термодинамика - Абражевич Э.Б.
Скачать (прямая ссылка):
q=cm(t-h) + c2m2(t-t2) = 1613Дж/с
X
5.8. Поскольку вода в кастрюле не закипает, то ее температура не увеличивается. Следовательно потребляемая от плиты теплота ПОЛНОСТЬЮ рассеивается: Qnoip = (^потерь, ИЛИ Міотр = Міотерь. Тогда при отключении ПЛИТЫ Ql + Ql + (^потерь = 0, где Qi =Cawa(~1) -теплота, выделяемая при остывании кастрюли на 1 градус; 02 = CbWbH) - теплота, выделяемая при остывании воды на 1
градус; Qnolepb = Мпотерь Г . ОкОНЧаТЄЛЬНО Г = cAwA + cBmB - с
^ncrrp
5.9. Шарику сообщили количество тепла Q = cmAt, где m = pV0 , a F0 - объем шарика до нагревания. Вместе с тем, увеличение температуры шарика на At вызвало увеличение его объема на AF = FoySAt, где коэффициент объемного расширения
CpAF
/0 = 3а . Тогда Q = cmAt = CpV0At = —-= 66,3 кДж.
З а
5.10. Qi = C0W0 (© - /) - теплота, потребляемая для изменения
температуры сосуда от t до ©; Qi = rmi - теплота, потребляемая для плавления льда; Q3 = c(W| + w2)(© - і) - теплота, потребляемая первоначальным количеством воды и талой водой для изменения
49 температуры от t до ©; Qa = -Am3 - теплота, выделяемая паром
при его конденсации; Q5 = Cm3(Q-I2) - теплота, потребляемая для
изменения температуры пара от ti до 0. По условию Qi + Qi + Qj + + 04+ 05 = 0. Тогда
т тосо(0~0 + c^l + т2)(в- 0 + rmI _ з 5 кг 3 ф2-@) + А '
5.11. Воспользуемся решением задачи 5.10 при условии, что Qi= = 0. Тогда rm2 + с(т\ + т2)(® - /|) - Am3 + ст3(® -12) = 0 . Отсюда
0 = Ят1 + ст^2 - rmI + С(т1 + m2)'l = 4 оС c(mt + т2 + т3)
5.12. Свинец плавится после того, как нагреется до температуры
W г
плавления. Поэтому Q = - 7) + — г , откуда T=T0+--
2 2с
--0. = 308 К = 35 °С.
Cftl
5.13. Тепло, выделенное нагревателем за время т\: Q\ = Nt\ .
Тепло, необходимое для нагрева воды от t - 0 °С до ti = 100 °С: Q2 = Crrit2 -1). Поэтому КПД нагревателя
Qi^cnit1-о Q1 Nt,
За время г2 в чайнике выделится количество теплоты Q3 = Nt2 . На испарение воды с учетом КПД израсходуется количество теплоты t]Q3 = Am, где m - масса испарившейся воды. Тогда в чайнике останется масса воды
m' = W1 - т = т\ - ^2^ = 958 г.
5.14. Qj = C]W](© - ti) - теплота, потребляемая для изменения температуры всей массы воды от 11 до 0; Q2 = cimx(tKitn -0) -
теплота, потребляемая для изменения температуры массы воды пъ от © до Гкип; Q3 = тхА - теплота, потребляемая для испарения массы воды тх\ Q4 = с2т2(® -12) - теплота, потребляемая для
изменения температуры железа от ti до ©. Поскольку Qi+Qi+Qi+
+ Q4= 0, то
50 т _ m2c2(t2 - 0) + wig (?1 ~ ®) _ t 9 r ЧСкип-®) + *
5.15. Количество теплоты, необходимое для нагрева льда до температуры плавления
Qi =Cirritna-г,) =210 кДж.
Количество теплоты, необходимое для расплавления льда
Q2 = гт = 3,3 МДж. Количество теплоты, необходимое для испарения всей воды
Q4 = Am = 23 МДж. Видно, что Q\+Q2+Qi+Q4 > Q, следовательно испарится не вся вода. На испарение части воды будет израсходовано количество теплоты, равное Q - (Q1+Q2+Q3) . Тогда amim =Q- (Qi+Q2+Q3) .
Отсюда Whch = 5,34 кг. В калориметре останется 4,66 кг воды.
5.16. Кинетическая энергия пули до удара Wi = - а после
удара -W2 = m^2 . Если расплавилась масса Wp = т - т2 = хт , то (1 - x)mv2 ,,
W2 =-^—-. IIo условию на нагрев пули расходуется энергия
+ . этаэнер-
гия приводит к нагреву всей пули и расплавлению массы тр:
пт 2 2 2
Q = ст(Т2 - Ti) + rxm . Тогда ~v2+ xv2) = cm(T2 - 7]) + rxm ,
откуда - ^-2^-^=0,32.
2 г - rp2
5.17. Пусть плита имеет мощность N. Тогда на нагрев воды массой m до температуры кипения за время т\ требуется
cm(tKm -1)
количество тепла Qi = cm(tKm -t) = Nt\ , откуда N =-.
rI
Для испарения всей воды за время т2 потребуется количество тепла Q2 = Am = Nt2 . Подставляя значение N, имеем
51
Q = rjiWi -W2)= tj Am Лт\ .
Tj =-=-!-= 1 Ч.
N Citmn-I)
5.18. Для кипения воды необходимо нагреть ее до температуры кипения, а затем продолжить подвод тепла при этой температуре. Следовательно нагреватель должет иметь температуру большую, чем вода (т.к. тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому). В нашем случае в роли нагревателя выступает кипящая вода, значит вода в маленькой кастрюльке нагреется только до температуры кипения, а дальнейшая теплопередача прекратится. Вода в маленькой кастрюльке будет иметь температуру кипения, но кипеть не будет.
6. Качественные задачи
6.1. По закону Дальтона давление влажного воздуха есть сумма парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара. А поскольку водяной пар легче сухого воздуха, то и влажный воздух легче сухого.
6.2. При постоянном объеме вся подведенная теплота расходуется на увеличение внутренней энергии, а, следовательно, и температуры. При постоянном давлении часть подведенной теплоты расходуется на совершение работы расширения газа, поэтому для нагрева на то же число градусов в изобарном процессе требуется большее количество теплоты.
6.3. В соответствии с первым началом термодинамики при адиабатном расширении положительная работа газа совершается за счет убыли его внутренней энергии, что приводит к понижению температуры газа.
